专利名称：一种高导电率稀土硬铝导线及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铝导线及其制备方法，尤其涉及一种高导电率稀土硬铝导线及制备方法。
背景技术：
我国的架空输电导线主要是以铝为导体，钢芯为支撑构件的钢芯铝绞线，所用的铝线导电率要求为>61%IACS，电阻率在0.0279(Γ0.028264 Ω.mm2/m。为了响应国家产业长期发展“节能减排”的政策方针，国家电网公司提出了建设“资源节约型、环境友好型、新技术、新材料、新工艺”的新型智能电网。近三十年来，架空导线行业都在不断研发导电率更高的架空导线，以减少线路能耗，降低线路的运行成本。在高导电率铝架空导线的研发中，目前主要以完全退火再结晶的软铝导线为载流体，软铝线的导电率可达到63%IASC，电阻率一般在0.027151、.027586 Ω.mm2/m。然而，软铝导线虽然提高了铝线的导电率，但是也使铝线的强度及表面硬度明显降低，导致施工中展放困难，较大的表面擦伤会增大线路运行噪音、增强电磁干扰、降低起晕电压，大大削弱低阻软铝导线的低阻节能效果。因此，尽管软铝导线开发已有10年时间，至今仍未大规模推广，仅在极少数特殊线路的扩容中得到应用。而硬铝作为传输导线导体，在国际上已经使用了 100多年，运行安全、可靠，并已建立了一整套施工展放，以及线路维护的工艺方法和专用工具设备。因此，如何在尽量不影响现有线路施工工艺的基础上提高导线强度、提高导电率、控制导电率下降的幅度，是各国研究者努力的方向。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供一种能提高导电率、工艺宽容性更好的高导电率稀土硬铝导线；本发明的另一目的是提供该硬铝导线的制备方法。技术方案:本发明所述的高导电率稀土硬铝导线，按重量百分比其组分为:铁0.0875% 0.145%，铁硅比例控制在1.7 2.5之间，硼0.01 0.12%，钆0.01 0.15%，其余为铝。本发明的硬铝导线添加了稀土钆元素，可以提高导线强度，同时，导电率下降的幅度减小。本发明所述高导电率稀土硬铝导线的制备方法，由以下步骤组成:(a)选配铝锭，用熔炼炉熔炼，使铝液中铁含量为0.0875% 0.145%，铁硅比例控制在1.7 2.5之间；(b)铝锭完全熔化后，加入铝硼合金，控制铝液中硼含量为0.0Γ0.12%，然后加入精炼剂，搅拌、静置、净化铝熔体，清理铝液表面铝渣，过程中保持铝液温度基本上为一定值；(c)往步骤(b)处理后的铝液中添加铝钆合金，确保铝液中钆含量为0.0Γ0.15%，搅拌、静置、净化铝熔体，清理铝 液表面铝渣，过程中保持铝液温度基本上为一定值；(d)步骤(C)处理后的铝液采用铁模浇铸成铝杆，待铝杆冷却至室温，用拉丝机将其拉制成硬铝单线；(e)将步骤(d)制得的硬铝单线进行低温回复处理，温度控制在100 250°C，制得高导电率稀土硬铝导线。所述步骤(a)中选配AL99.70A或其以上牌号的铝锭，熔炼温度720 760V。所述步骤(b)中铝硼合金中硼含量为1.8 2.2%，铝液中硼含量优选为0.01 0.06%，同时，所述步骤(b)中精炼剂由15 25%的氯化钠、30 40%的氯化钾、5 12%的六氯甲烷、3^7%的氟硼酸钾、12 16%的氟铝酸钠、1(Γ20%的木炭粉混合而成，其含量为0.Γθ.5%。所述步骤(C)中铝钆合金中钆含量为1.8 2.2%。所述步骤(b)或(C)中采用吹入氮气或惰性气体的方式搅拌铝熔体，搅拌2 3分钟，静置3 10分钟，保持铝液温度720 760V。所述步骤⑷中铁模预热100°C，用其浇铸的铝杆直径为12mm。所述步骤(d)中拉丝机的道次压缩率为25 30%，拉拔速度f 10米/分钟，拉制的硬铝单线直径为3mm。有益效果:本发明与现有技术相比，其优点为用重稀土元素钆微合金化的方法，降低Fe、Si等杂质元素的固溶度，并通过低温时效过程中析出的铝钆金属间化合物，起析出强化作用。在保证强化效果的前提下，减小对硬铝导线导电率的影响，同时，严格控制Fe、Si含量及其比例，并经过硼化、精炼等工艺处理，可制得导线强度160Mpa、导电率63% IACS，抗拉强度160MPa的硬铝导线。利用该导线生产的电缆,可继续使用传统的施工工艺架设；在线路运行过程中，降低线路损耗，节省施工费用。
具体实施例方式实施例1:选配2千克牌号为99.70A的铝锭，在井式炉中进行熔化，熔炼温度720°C，刚玉坩埚，铝锭熔化后加入50克铝硼合金，然后加入6克的精炼剂，精炼剂由18%的氯化钠、32 %的氯化钾、10 %的六氯甲烷、6 %的氟硼酸钾、15 %的氟铝酸钠与19 %的木炭粉混合而成，然后吹入氮气搅拌铝熔体，搅拌3分钟后，静置8分钟，清理铝液表面铝渣，过程中保持铝液温度725°C ;除渣结束后，加入100克铝钆合金，吹入氮气搅拌铝熔体，搅拌2分钟后，静置3分钟后取样，采用直读光谱分析铝液中的硅元素含量0.048%，铁元素含量0.115%,铁娃含量比例为2.40,硼元素含量0.024%,礼元素含量0.10% ;静置2分钟后，采用铁模浇铸成直径为12_的铝杆，铁模预热至100°C ;铝杆冷却至室温后，采用拉丝机按照道次压缩率为25%，拉拔速度I米/分钟拉制成直径为3mm的铝线，共进行六道次变形；将铝线放入马弗炉进行低温时效回复，时效温度120°C，保温180分钟；出炉冷却后检测铝线导电性能和机械性能，其电阻率为0.027302±0.000011 Ω.πιπι2/πι，导电率为63.14±0.03%IACS，延伸率为2.0%，抗拉强度168±3MPa。实施例2:选配2.5千克牌号为99.70A的铝锭，在井式炉中进行熔化，熔炼温度735°C，刚玉坩埚，铝锭熔化后加入75克铝硼合金，然后加入5克的精炼剂，精炼剂由20%的氯化钠、35 %的氯化钾、10 %的六氯甲烷、4 %的氟硼酸钾、14 %的氟铝酸钠与17 %的木炭粉混合而成，然后吹入氮气搅拌铝熔体，搅拌3分钟后，静置10分钟，清理铝液表面铝渣，过程中保持铝液温度730°C ;除渣结束后，加入150克铝钆合金，吹入氮气搅拌铝熔体，搅拌2分钟后，静置3分钟后取样，采用直读光谱分析铝液中的硅元素含量0.052%，铁元素含量
0.105%,铁娃含量比例为2.02,硼元素含量0.06%,礼元素含量0.12% ;加入招铁合金静置2分钟后，采用铁模浇铸成直径为12_的铝杆，铁模预热至100°C ;铝杆冷却至室温后，采用拉丝机按照道次压缩率为30%，拉拔速度10米/分钟拉制成直径为3mm的铝线，共进行七道次变形；将铝线放入马弗炉进行低温时效回复，时效温度135°C，保温240分钟；出炉冷却后检测铝线导电性能和机械性能，其电阻率为0.027256±0.000021 Ω.mm2/m，导电率为63.25±0.05% IACS，延伸率为 2.1%，抗拉强度 165±2MPa。实施例3:选配3千克牌号为99.70A的铝锭，在井式炉中进行熔化，熔炼温度720°C，刚玉坩埚，铝锭熔化后加入20克铝硼合金，然后加入8克的精炼剂，精炼剂由15%的氯化钠、30 %的氯化钾、5 %的六氯甲烷、3 %的氟硼酸钾、12 %的氟铝酸钠与IO %的木炭粉混合而成，然后吹入氮气搅拌铝熔体，搅拌3分钟后，静置10分钟，清理铝液表面铝渣，过程中保持铝液温度720°C ;除渣结束后，加入20克铝钆合金，吹入氮气搅拌铝熔体，搅拌2分钟后，静置3分钟后取样，采用直读光谱分析铝液中的硅元素含量0.0515%，铁元素含量
0.0875%,铁娃含量比例为1.7,硼元素含量0.01%,礼元素含量0.01% ;加入招铁合金静置2分钟后，采用铁模浇铸成直径为12_的铝杆，铁模预热至100°C ;铝杆冷却至室温后，采用拉丝机按照道次压缩率为30%，拉拔速度7米/分钟拉制成直径为3mm的铝线，共进行七道次变形；将铝线放入马弗炉进行低温时效回复，时效温度200°C，保温240分钟；出炉冷却后检测铝线导电性能和机械性能，其电阻率为0.027226±0.000015 Ω.mm2/m，导电率为63.32±0.04% IACS，延伸率为 2.0%，抗拉强度 162±2MPa。实施例4:选配2.5千克牌号为99.85A的铝锭，在井式炉中进行熔化，熔炼温度760°C，刚玉坩埚，铝锭熔化后加入160克铝硼合金，然后加入12.5克的精炼剂，精炼剂由25%的氯化钠、40%的氯化钾、12%的六氯甲烷、7%的氟硼酸钾、16%的氟铝酸钠与20%的木炭粉混合而成，然后吹入氩气搅拌铝熔体，搅拌3分钟后，静置10分钟，清理铝液表面铝渣，过程中保持铝液温度760V ;除渣结束后，加入200克铝钆合金，吹入氮气搅拌铝熔体，搅拌2分钟后，静置3分钟后取样，采用直读光谱分析铝液中的硅元素含量0.058%，铁元素含量0.145%,铁娃含量比例为2.5,硼元素含量0.12%,礼元素含量0.15%;加入招铁合金静置2分钟后，采用铁模浇铸成直径为12_的铝杆，铁模预热至100°C ;铝杆冷却至室温后，采用拉丝机按照道次压缩率为28%，拉拔速度8米/分钟拉制成直径为3mm的铝线，共进行七道次变形；将铝线放入马弗炉进行低温时效回复，时效温度165°C，保温240分钟；出炉冷却后检测铝线导电性能和机械性能，其电阻率为0.027213±0.000013 Ω.mm2/m，导电率为 63.35±0.04% IACS，延伸率为 2.3%，抗拉强度 164±3MPa。
权利要求
1.一种高导电率稀土硬铝导线，按重量百分比其组分为:铁0.0875% 0.145%，铁硅比例控制在1.T2.5之间，硼0.0Γ0.12%，钆0.0Γ0.15%，其余为铝。
2.备权利要求1所述高导电率稀土硬铝导线的方法，其特征在于该方法由以下步骤组成: (a)选配铝锭，用熔炼炉熔炼，使铝液中铁含量为0.0875% 0.145%，铁硅比例控制在1.7 2.5之间； (b)铝锭完全熔化后，加入铝硼合金，控制铝液中硼含量为0.0Γ0.12%，搅拌、静置、净化铝熔体，清理铝液表面铝渣，过程中保持铝液温度基本上为恒温； (c)往步骤(b)处理后的铝液中添加铝钆合金，确保铝液中钆含量为0.0f0.15%，搅拌、静置、净化铝熔体，清理铝液表面铝渣，过程中保持铝液温度基本上为恒温； (d)步骤(C)处理后的铝液浇铸成铝杆，待铝杆冷却至室温，将其拉制成硬铝单线； (e)将步骤(d)制得的硬铝单线进行低温回复处理，温度控制在100 250°C，制得高导电率稀土硬铝导线。
3.根据权利要求2所述高导电率稀土硬铝导线的制备方法，其特征在于:所述步骤(a)中选配AL99.70A或其以上牌号的铝锭。
4.根据权利要求2所 述高导电率稀土硬铝导线的制备方法，其特征在于:所述步骤(a)中熔炼温度720 760°C。
5.根据权利要求2所述高导电率稀土硬铝导线的制备方法，其特征在于:所述步骤(b)控制铝液中硼含量为0.01 0.06%，同时，铝硼合金中硼含量为1.8 2.2%。
6.根据权利要求2所述高导电率稀土硬铝导线的制备方法，其特征在于:所述步骤(b)中加入精炼剂，该精炼剂由15 25%的氯化钠、30 40%的氯化钾、5 12%的六氯甲烷、3 7%的氟硼酸钾、12 16%的氟铝酸钠、1(Γ20%的木炭粉混合而成，其含量为0.Γ0.5%。
7.根据权利要求2所述高导电率稀土硬铝导线的制备方法，其特征在于:所述步骤(c)中铝钆合金中钆含量为1.8 2.2%。
8.根据权利要求2所述高导电率稀土硬铝导线的制备方法，其特征在于:所述步骤(b)或(c)中采用吹入氮气或惰性气体的方式搅拌铝熔体，搅拌2 3分钟，静置3 10分钟，保持铝液温度720 760V。
9.根据权利要求2所述高导电率稀土硬铝导线的制备方法，其特征在于:所述步骤(d)中采用铁模将铝液浇铸成铝杆，铁模预热100°c，浇铸成的铝杆直径为12mm。
10.根据权利要求2所述高导电率稀土硬铝导线的制备方法，其特征在于:所述步骤(d)中用拉丝机拉制铝杆，该拉丝机的道次压缩率为25 30%，拉拔速度f 10米/分钟，拉制的硬铝单线直径为3mm。
全文摘要
本发明公开了一种高导电率稀土硬铝导线，按重量百分比其组分为铁0.0875％～0.145％，铁硅比例控制在1.7～2.5，硼0.01～0.12％，钆0.01～0.15％，其余为铝。本发明还公开了该高导电率稀土硬铝导线的制备方法，主要是选配铝锭，熔炼，再进行硼化、精炼等处理，制得导线强度160Mpa、导电率63％IACS，抗拉强度160MPa的硬铝导线。利用该导线生产的电缆，可继续使用传统的施工工艺架设；在线路运行过程中，降低线路损耗，节省施工费用。
文档编号C22C21/02GK103093855SQ20131003680
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者涂益友, 叶胜平, 蒋建清, 项建新, 张德忠, 鞠霖, 杨怀 申请人:东南大学, 无锡华能电缆有限公司